铸造铝合金熔炼原理和工艺
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熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足要求的铝液：
化学成分符合国家标准，合金液成分均匀； 合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低； 需要变质处理的合金液，变质效果良好。
因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，主要原因是合金液中的气 体、氧化夹杂、熔剂夹渣未清除所引起。
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
为了防止铝-氧剧烈反应，大多数铝合金的熔炼温度控制在750℃以 下。
铝-水气反应
铝和水气的 反应
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
Al(OH)3 在400℃ 的条件下将进一步
反应
Al2O3成氧化夹杂，氢则溶于铝液，增加气体含量。
§13-2 铝合金熔炼工艺原理和技术
铝液吸氢的动力学过程
氢分子撞击铝液表面 氢分子在铝液表面离解为氢原子 氢原子吸附于铝液表面 氢原子通过扩散溶入铝液中
2H→2[H] 扩散速度取决于扩散系数D D=KpH21/2exp(-△H/2RT)
铝合金的净化（精炼）原理
氢在铝液中的溶解度 [H]=K0pH21/2exp(-△H/2RT) 当温度不变时
铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水气的反应。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。
升温时铝－水气反应速度大为加快，这说明限制熔炼 温度及浇注温度的必要性。
水气来源于炉料、熔剂、精炼变质剂、炉气（大气） 及熔炼浇注工具。特别是锈蚀的铝料，甚至经过吹砂 清理，仍会增加铝液的含氢量。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
合金元素对铝的氧化有一定的影响，在这类合金中加入少量的铍 （0.03-0.07%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。
混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁 厚不均匀的铸件中。
针孔分级
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响（续）
皮下针孔
气孔位于铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产生 气体所成，一般和铝液质量无关。
单个大气孔
产生的原因是由于铸件工艺设计不合理，如铸型或型芯 排气不畅，或由于操作不小心，如浇注时堵死气眼，型 腔中的气体被憋在铸件中引起。
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
铸造铝合金熔炼原 理和工艺
铝合金的精炼原理 铝液的精炼工艺 铝合金组织控制 铸造铝合金熔炼工艺
概述wenku.baidu.com
铝合金熔炼的内容包括配料计算、炉料处理，熔炼设备的选用、熔炼工具处理及熔炼 工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序，严格控制熔炼温度和 时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可 靠的铝液炉前质量检测手段等。
铝—有机物反应
铝—有机物反应也是铝液吸氢的原因之一； 最可能的有机物是炉料、工具被油脂沾污。 4/3mAl+CmHn→m/3Al4C3+n[H]
C和H构成的 烃类
铝合金中的气体
能溶解于铝合金的气体主要是氢（其余是少量的CO等）； 氢主要来自铝-水气反应，在熔炼中由于该反应不可避免 地将氢带入铝液； 铝液中氢的溶解度不大，很易为氢所饱和； 虽然在熔炼中可采用精炼除氢，但仍会残留一部分，而 且铝液凝固时氢的溶解度变化的相对值很大。
氧化物夹渣
在熔铸过程中，如将表面氧化膜或空气搅入铝液，或将 吸附的H2O带入铝液，均将在其中产生γ－Al2O3夹杂物， 悬浮在铝液中，而在浇注的铸件中形成氧化夹杂物。
实践证明，铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。 并且氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针 孔的形成。所以，铝液中Al2O3和氢之间有着十分密切的 关系。
铝铸件中氧化夹杂的形态及对铸件性能影响
氧化夹杂分为两类
一次氧化夹杂：浇注前铝液中存在的氧化夹杂，总量约占铝液质
量的0.002％～0.02％。按形态可分为两类：第一类是分布不均匀的大 块夹杂物，其危害性极大，使合金基体不连续，引起铸件渗漏或成为 腐蚀的根源，明显降低铸件力学性能；第二类夹杂呈弥散状，在低倍 显微组织中不易发现，铸件凝固时成为气泡的形核基底，生成针孔， 这一类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。
二次氧化夹杂：在浇注过程中形成，多分布在铸件壁的转角
处及最后凝固的部位。
铝液中气体和氧化夹杂的来源
氢气来源： 潮湿、带油污的炉料、Al2O3表面吸附水汽 及氢，搅拌时带入铝液；铝液表面吸附水。
氧化夹杂来源： 表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
铝-氧反应
铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密 的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
Al+O2=Al2O3(γ)---致密氧化膜 > 900 ℃ : Al2O3(γ)→ Al2O3(α)—疏松膜
γ-Al2O3 具有两面性：①和铝液接触的一面是致密的，可阻碍铝液的氧 化和吸气；②和炉气接触的那面却是粗糙、疏松的，其表面小孔吸附 着水汽和氢，搅动铝液时， γ-Al2O3将水汽和氢带入铝液，铝液氧化 生成夹杂物、吸入氢气。
气体溶解度 的Sieverts 西华特定律
[H ] Ks PH2
Ks A/T B
式中[H]-溶于铝中氢的浓度；Ks-氢的溶解度系数；T-热力 学温度；A、B-常数，对铝合金而言，不同的合金类和不 同的成分，其数值各不相同。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响
1) 室温下生成表面膜由少量结晶态γ-Al2O3和非晶态Al2O3混合物组成。 2) 500--900 ℃ :
化学成分符合国家标准，合金液成分均匀； 合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低； 需要变质处理的合金液，变质效果良好。
因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，主要原因是合金液中的气 体、氧化夹杂、熔剂夹渣未清除所引起。
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
为了防止铝-氧剧烈反应，大多数铝合金的熔炼温度控制在750℃以 下。
铝-水气反应
铝和水气的 反应
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
Al(OH)3 在400℃ 的条件下将进一步
反应
Al2O3成氧化夹杂，氢则溶于铝液，增加气体含量。
§13-2 铝合金熔炼工艺原理和技术
铝液吸氢的动力学过程
氢分子撞击铝液表面 氢分子在铝液表面离解为氢原子 氢原子吸附于铝液表面 氢原子通过扩散溶入铝液中
2H→2[H] 扩散速度取决于扩散系数D D=KpH21/2exp(-△H/2RT)
铝合金的净化（精炼）原理
氢在铝液中的溶解度 [H]=K0pH21/2exp(-△H/2RT) 当温度不变时
铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水气的反应。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。
升温时铝－水气反应速度大为加快，这说明限制熔炼 温度及浇注温度的必要性。
水气来源于炉料、熔剂、精炼变质剂、炉气（大气） 及熔炼浇注工具。特别是锈蚀的铝料，甚至经过吹砂 清理，仍会增加铝液的含氢量。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
合金元素对铝的氧化有一定的影响，在这类合金中加入少量的铍 （0.03-0.07%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。
混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁 厚不均匀的铸件中。
针孔分级
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响（续）
皮下针孔
气孔位于铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产生 气体所成，一般和铝液质量无关。
单个大气孔
产生的原因是由于铸件工艺设计不合理，如铸型或型芯 排气不畅，或由于操作不小心，如浇注时堵死气眼，型 腔中的气体被憋在铸件中引起。
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
铸造铝合金熔炼原 理和工艺
铝合金的精炼原理 铝液的精炼工艺 铝合金组织控制 铸造铝合金熔炼工艺
概述wenku.baidu.com
铝合金熔炼的内容包括配料计算、炉料处理，熔炼设备的选用、熔炼工具处理及熔炼 工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序，严格控制熔炼温度和 时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可 靠的铝液炉前质量检测手段等。
铝—有机物反应
铝—有机物反应也是铝液吸氢的原因之一； 最可能的有机物是炉料、工具被油脂沾污。 4/3mAl+CmHn→m/3Al4C3+n[H]
C和H构成的 烃类
铝合金中的气体
能溶解于铝合金的气体主要是氢（其余是少量的CO等）； 氢主要来自铝-水气反应，在熔炼中由于该反应不可避免 地将氢带入铝液； 铝液中氢的溶解度不大，很易为氢所饱和； 虽然在熔炼中可采用精炼除氢，但仍会残留一部分，而 且铝液凝固时氢的溶解度变化的相对值很大。
氧化物夹渣
在熔铸过程中，如将表面氧化膜或空气搅入铝液，或将 吸附的H2O带入铝液，均将在其中产生γ－Al2O3夹杂物， 悬浮在铝液中，而在浇注的铸件中形成氧化夹杂物。
实践证明，铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。 并且氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针 孔的形成。所以，铝液中Al2O3和氢之间有着十分密切的 关系。
铝铸件中氧化夹杂的形态及对铸件性能影响
氧化夹杂分为两类
一次氧化夹杂：浇注前铝液中存在的氧化夹杂，总量约占铝液质
量的0.002％～0.02％。按形态可分为两类：第一类是分布不均匀的大 块夹杂物，其危害性极大，使合金基体不连续，引起铸件渗漏或成为 腐蚀的根源，明显降低铸件力学性能；第二类夹杂呈弥散状，在低倍 显微组织中不易发现，铸件凝固时成为气泡的形核基底，生成针孔， 这一类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。
二次氧化夹杂：在浇注过程中形成，多分布在铸件壁的转角
处及最后凝固的部位。
铝液中气体和氧化夹杂的来源
氢气来源： 潮湿、带油污的炉料、Al2O3表面吸附水汽 及氢，搅拌时带入铝液；铝液表面吸附水。
氧化夹杂来源： 表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
铝-氧反应
铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密 的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
Al+O2=Al2O3(γ)---致密氧化膜 > 900 ℃ : Al2O3(γ)→ Al2O3(α)—疏松膜
γ-Al2O3 具有两面性：①和铝液接触的一面是致密的，可阻碍铝液的氧 化和吸气；②和炉气接触的那面却是粗糙、疏松的，其表面小孔吸附 着水汽和氢，搅动铝液时， γ-Al2O3将水汽和氢带入铝液，铝液氧化 生成夹杂物、吸入氢气。
气体溶解度 的Sieverts 西华特定律
[H ] Ks PH2
Ks A/T B
式中[H]-溶于铝中氢的浓度；Ks-氢的溶解度系数；T-热力 学温度；A、B-常数，对铝合金而言，不同的合金类和不 同的成分，其数值各不相同。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响
1) 室温下生成表面膜由少量结晶态γ-Al2O3和非晶态Al2O3混合物组成。 2) 500--900 ℃ :